数据共享之共享数据带来的问题

Posted 2020-09-15 cxchanpin

改动共享数据会给共享数据带来问题。假设共享的数据是仅仅读的话，就不会带来问题。

假设数据能够改动。有超过两个以上的线程改动数据就会带来问题。

必须用一些方法来消除问题。

资源竞争（race condition）

资源竞争是指在多线程环境下，程序结果的输出依赖于相关线程的运行顺序。英文：A race condition is anything where the outcome depends on the relative ordering of execution of operations on two or more threads; the threads race to perform their respective operations.

有些情况下。资源竞争情况下全部结果都能接受。比如，向链表加入结点。哪个线程先加入都无所谓。结果都是把结点加入上去了。

有时候资源竞争的结果不能接受。我们经常讲的资源竞争是指有问题的、结果不能接受的资源竞争。

C++标准中定义的数据竞争（data race）是资源竞争的一种特例。

当一个操作要改动多个不相关数据时，经常发生资源竞争。由于改动多个数据操作须要多个CPU指令，在此期间，其它线程可能訪问这些数据。资源竞争非常难发现。由于在资源竞争情况下也会出现正确结果。

避免资源竞争

避免资源竞争经常使用的办法是把数据包装起来。当包装被拆掉时，仅仅有当前正在改动数据的这个进程能够看到数据。在其它线程看来，要么改动还没開始，要么改动已经结束了。C++标准提供了这种机制。

还有一中办法是改动数据结构和变量，使得改动的指令是连续的、不可中断的。这叫做无锁编程（lock-free programing），比較难。

假设你在这个层次编程（working at this level），内存模型细微的改动都可能会使变量值变复杂。

另一种处理资源竞争的办法就是把更新数据的操作当做事物（transaction）。假设成功，都成功；假设失败则回滚，都失败。

在C++标准库中，保护共享数据的最主要的机制是相互排斥量（mutex）。